Dans les années 1990, des chercheurs ont entrepris le projet du génome humain, un voyage de 13 ans conçu pour permettre une nouvelle ère d’innovation en médecine. En rassemblant et en partageant de grandes quantités de données pour découvrir les secrets des déterminants génétiques de la maladie, ce projet a transformé l’industrie médicale et a conduit à d’innombrables percées. Aujourd’hui, les chercheurs étendent ce modèle d’innovation à la science des batteries en gardant un œil sur l’impact à l’échelle mondiale.
Les scientifiques d’un consortium international dirigé par des chercheurs des laboratoires nationaux d’Argonne et d’Idaho du Département américain de l’énergie ont récemment proposé un nouveau paradigme complet de science des données appelé Battery Data Genome. Il s’agit d’une entreprise ambitieuse visant à développer des pratiques uniformes d’acquisition et de partage de données dans l’ensemble de la communauté des batteries. Ces pratiques innovantes créeront un vaste réseau de bases de données pour permettre des percées dans le stockage de l’énergie à l’aide de l’intelligence artificielle (IA).
« Ceci est un appel à l’action. Nous essayons de dynamiser et d’organiser la communauté des batteries pour qu’elle apporte ses données, dans la mesure du possible, au plus grand nombre de chercheurs possible, afin de permettre à de puissantes méthodes de science des données de catalyser des percées. — Noah Paulson, scientifique de la batterie Argonne
La science électrochimique qui est nécessaire de toute urgence pour une économie zéro carbone nécessite une science des données de pointe », a déclaré Sue Babinec, scientifique des batteries Argonne.« S’attaquer aux questions techniques extrêmement complexes auxquelles les scientifiques des batteries sont confrontés nécessite d’énormes quantités de données pour générer IA et les algorithmes d’apprentissage automatique.
Bien qu’il existe des projets de science des données spécialisés pour les batteries, comme le projet Electrolyte Genome, l’entreprise de créer un génome de données de batterie consacré à tous les aspects de la batterie et qui unifie le travail effectué à travers les institutions et les échelles est sans précédent », a déclaré Argonne. George Crabtree, directeur du Joint Center for Energy Storage Research.
Selon Crabtree, le Battery Data Genome collectera et hébergera des données à chaque étape du cycle de vie de la batterie, de la découverte au développement en passant par la fabrication et toutes sortes de déploiements. Avoir des normes universelles pour la gestion des données pour chaque segment de la communauté des batteries est nécessaire pour que la création de données libère la puissance de IA des algorithmes conçus pour tout identifier, des nouveaux matériaux d’électrode candidats à la construction améliorée des blocs-batteries en passant par la durée de vie des cellules.
C’est un appel à l’action », a déclaré le scientifique de la batterie d’Argonne, Noah Paulson.« Nous essayons de dynamiser et d’organiser la communauté des batteries pour qu’elle apporte ses données, dans la mesure du possible, au plus grand nombre de chercheurs possible, afin de permettre à de puissantes méthodes de science des données de catalyser des percées.
Selon Paulson, les scientifiques s’intéressent à de nombreuses caractéristiques et qualités différentes lorsqu’ils mesurent les performances d’une batterie. Pour cette raison, les ensembles de données collectés par différents groupes, même ceux qui examinent la même batterie dans la même configuration, ne seront pas identiques.« Nous devons trouver l’ensemble d’informations de base qui devrait être associé à chaque ensemble de données, afin que nous n’ayons plus à passer du temps à nettoyer les données pour les adapter à nos modèles », a-t-il déclaré.
Pour les batteries, il existe de nombreux types de données communs, mais il n’y a pas de façon uniforme de les aborder », a ajouté le scientifique en informatique d’Argonne, Logan Ward.« Lorsque les données se présentent sous de nombreux formats différents, n’incluent pas la façon dont elles sont collectées et ne sont pas fréquemment partagées entre différents groupes, il devient très difficile de faire le genre d’analyse à grande échelle IA analyses et prédictions nécessaires pour accélérer le développement et le déploiement de nouvelles batteries.
Avoir des données cohérentes et accessibles signifie qu’elles seront formatées d’une manière spécifique avec des normes uniformes pour les métadonnées – qui identifient la manière dont les données sont collectées.« Par exemple, les métadonnées peuvent inclure la température ambiante ou même la résistance des contacts à vos électrodes », a déclaré Babinec.
Pour Paulson, une collaboration renforcée entre l’ensemble du spectre des chercheurs sur les batteries, de ceux qui étudient les molécules individuelles à ceux qui conçoivent et testent les batteries, sera nécessaire pour créer les nouvelles normes.
La transition de différents groupes de chercheurs étudiant différentes étapes du développement d’une batterie pour créer un ensemble universel de données largement accessibles, comprises et utilisées représente un défi important, a déclaré Babinec.« C’est comme si une partie des données de la communauté était écrite en espagnol et une autre en allemand ; vous devez avoir un langage scientifique commun.
Pour attirer le plus de participants possible, le Battery Data Genome propose de nombreuses options de partage de données.« Il est important de reconnaître que toutes les données n’ont pas besoin d’être partagées ouvertement pour réussir ; il existe de nombreux scénarios de partage différents qui pourraient offrir des avantages individuels parmi les nombreux groupes de l’écosystème complexe », a déclaré Babinec.
Cela rendrait potentiellement la participation au Battery Data Genome plus attrayante pour les partenaires de l’industrie, qui pourraient tirer parti des données produites par des partenaires universitaires ou gouvernementaux sans avoir nécessairement à apporter les leurs.« Ce n’est pas différent des groupes sanguins », a déclaré Babinec.« Certains groupes seraient des donateurs universels de données, d’autres groupes seraient des destinataires universels de données, et dans l’ensemble, la communauté en bénéficierait.
Une fois que les scientifiques auront rempli le génome de données de batterie avec des données, ils devront le tester. Pour ce faire, ils utiliseront« problèmes de défi » pour valider le meilleur IA algorithmes avec les données du génome de données de batterie pour résoudre des questions du monde réel.« Nous pourrions vouloir savoir ce qui arrive à un type particulier de fonctionnement de la batterie pendant un certain nombre de cycles à une certaine température, mais pour le faire de manière prédictive en utilisant IA« , a déclaré Babinec.« Disposer d’un référentiel solide de données normalisées est la première étape.
« Le fait de disposer d’un ensemble de données étendu, standardisé et facilement accessible peut susciter de nouvelles questions pour la communauté des batteries », a déclaré Crabtree. « Il y a beaucoup d’inconnues inconnues dans les batteries », a-t-il déclaré.« Avec un accès à des données qui sont toutes conformes à un ensemble universel de normes, guidées par l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle, nous pourrions trouver de nouvelles voies d’innovation que nous n’avons pas encore envisagées à ce jour », a-t-il déclaré.
Argonne fournit déjà un logiciel ouvert pour le nettoyage des fichiers de données existants avec le « battery-data-toolkit » qui se trouve sur https://github.com/materials-data- facility/batery-data-toolkit . Une publication de fichiers complets pour établir la durée de vie de 300 batteries lithium-ion avec six chimies de cathode différentes sera publiée plus tard en octobre.
Un article annonçant le Battery Data Genome paraîtra dans le numéro du 19 octobre de Joule.
Le Centre commun de recherche sur le stockage de l’énergie (JCESR)un BICHE Energy Innovation Hub, est un partenariat majeur qui intègre des chercheurs de nombreuses disciplines pour surmonter les obstacles scientifiques et techniques critiques et créer une nouvelle technologie de stockage d’énergie révolutionnaire. Dirigé par le Laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie, les partenaires comprennent des leaders nationaux en science et en ingénierie du milieu universitaire, du secteur privé et des laboratoires nationaux. Leur expertise combinée couvre toute la gamme du pipeline de développement technologique, de la recherche fondamentale au développement de prototypes, en passant par l’ingénierie de produits et la mise sur le marché.
Laboratoire National d’Argonne cherche des solutions aux problèmes nationaux pressants en science et technologie. Premier laboratoire national du pays, Argonne mène des recherches scientifiques fondamentales et appliquées de pointe dans pratiquement toutes les disciplines scientifiques. Les chercheurs d’Argonne travaillent en étroite collaboration avec des chercheurs de centaines d’entreprises, d’universités et d’agences fédérales, étatiques et municipales pour les aider à résoudre leurs problèmes spécifiques, faire progresser le leadership scientifique américain et préparer la nation à un avenir meilleur. Avec des employés de plus de 60 nations, Argonne est gérée par UChicago Argonne, SARL pour l’Office of Science du Département américain de l’énergie.
Avec l’aimable autorisation du Laboratoire national d’Argonne. Par Jared Sagoff
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